顧宇輝 張 蕊

（1.上海工程技術大學高職學院 上海 200437；2.上海市高級技工學校 上海 200437）

引言

在工業(yè)控制與自動化裝備快速發(fā)展的背景下，我國自動化技術發(fā)生了翻天覆地的變化?，F(xiàn)階段，不論是自行設計的控制系統(tǒng)，還是國外引進的生產(chǎn)線，都將工業(yè)機器人作為生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要器件。而加強工業(yè)機器人專業(yè)的建設，特別是實踐教學和理論傳授，能夠培養(yǎng)出契合社會市場經(jīng)濟發(fā)展的綜合型、實踐型、應用型的人才，從而推動我國先進制造裝備的快速發(fā)展。

一、當前工業(yè)機器人專業(yè)人才需求分析

隨著智能裝備不斷普及，產(chǎn)業(yè)智能化的不斷提高，越來越多的企業(yè)開始裝備以工業(yè)機器人為基礎的智能設備，以提高企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量與經(jīng)濟效益。從前企業(yè)只需要能夠熟練掌握設備操作的人即可，而現(xiàn)在已經(jīng)無法滿足越來越多先進制造企業(yè)的人才需求了。同時，對于學生來說，只熟練掌握某一類型設備的操作，而不會其他的應用，其個人的人才競爭力已無法體現(xiàn)出優(yōu)勢了。通過調(diào)研、走訪企業(yè)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的企業(yè)不再需要僅能夠熟練操作機器人才，還希望操作者能夠在機器出現(xiàn)故障時，能夠根據(jù)故障現(xiàn)象進行故障排除[1]。當工作任務、工藝發(fā)生改變時，能夠根據(jù)新的任務要求進行生產(chǎn)工藝的調(diào)整與設備的調(diào)試。在這樣的人才需求背景下，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為方向，培養(yǎng)復合型、實用型的工業(yè)機器人專業(yè)人才的意義變得尤為重大。對于課程教學而言，應結合人才發(fā)展需求，在教學過程中注重學生技能的培養(yǎng)。對于教師而言，應打破傳統(tǒng)的以教師教為主的教學方法，讓學生在學習過程中有更多的收獲[2]。

二、當前教學方法所存在問題分析

在當前的職業(yè)教育中，教師普遍采用先理論后實踐的教學方式。教師在教學過程中需要根據(jù)課程標準，將課程劃分為實訓與理論兩大部分。而在實際的教學過程中，卻會因種種原因在實訓課程的課時分配上出現(xiàn)少于理論課程課時的現(xiàn)象，大多數(shù)情況是實訓課時約占總課時的30%。出現(xiàn)這樣的情況，很大一部分原因是受制于實訓設備、條件的影響以及技能教師師資配比不足的影響，不得已刪減技能課時。在這種授課機制的影響下，學生的主觀能動性難以得到充分的發(fā)揮，無法積極地、充分地融入課程實訓教學的環(huán)節(jié)中，嚴重影響到課程學習的質(zhì)量和效率。此外，先理論教學、后實訓教學，這種分開教學的模式還容易存在學生在后期實操訓練中，由于理論知識的學習久遠，造成知識的模糊不清，使得實踐效果良莠不齊的問題。這不僅導致實訓教學與理論教學相互脫節(jié)，使得學生在學習過程中感覺比較枯燥，教師在教學過程中感覺疲憊，更嚴重地影響到課程的教學質(zhì)量和效果[3]。

三、“工業(yè)機器人操作與編程”課程理實一體化教學模式構想

理實一體化教學法主要指將實踐教學與理論教學相互融通的教學方法，能夠突破傳統(tǒng)實踐教學與理論教學的窠臼，使教學環(huán)節(jié)更加集中、更加有效，切實發(fā)揮教師在課程開設與學生培養(yǎng)中的主體作用，即憑借設定的教學目標或教學任務，讓教師和學生邊做、邊學、邊教，全程形成技能與素質(zhì)培養(yǎng)的框架，深化實踐教學與課堂教學的內(nèi)涵，增強教學的實效性和針對性。在理實一體化教學過程中，實踐與理論相互交替，抽象和直觀交錯遞進，沒有先理后實，或先實后理的邏輯順序。工業(yè)機器人的操作與編程課程主要可分為仿真離線編程、在線示教操作、I/O與坐標系設置、常見報警故障診斷四大教學模塊。這四大模塊對于學生的理論知識與實踐能力都有較高的要求。所以，教師采用理實一體化的教學模式可以更好地培養(yǎng)學生的專業(yè)知識與實踐操作能力，激發(fā)學生參與教學活動的積極性和自主性。

四、“工業(yè)機器人操作與編程”課程理實一體化實訓課程教學設計

理實一體化實訓課程是將實踐教學與理論教學有機結合起來的教學方法，能夠彌補現(xiàn)有教學所存在的弊端和不足，提升學生在教學中的主體地位，使教師從知識傳授者轉變?yōu)橹R的服務者。然而，在將理實一體化教學法應用在工業(yè)機器人操作與編程課程時，需要教師明確課程的特征和特點，探究學生在課程學習與知識探究中的行為傾向，從而選擇出優(yōu)質(zhì)的教學理論、教學方法或教學模式作為支撐。在課程總學時不變的情況下，針對理論課時安排較多，實踐操作課時安排較少的問題，應合理刪減理論課時數(shù)，將刪減的理論課時分配給實訓課，以彌補實訓課時過少的問題。增加學生實踐操作的時間可以解決以往學生理論與實踐相脫節(jié)的問題。通過理論與實踐操作的有機結合更加有助于學生的學習。以工業(yè)機器人在線示教操作為例，目前市面上工業(yè)機器人的品牌繁多，各家公司的工業(yè)機器人由于設計理念與編程語言的不同，其在使用操作上會存在較大的區(qū)別，但根據(jù)國標的規(guī)定，不同品牌的機器人之間在使用還是具有一定的通用性。這對于專業(yè)教學而言，在選擇工業(yè)機器人時，應結合行業(yè)中使用占比較高的品牌，如ABB、發(fā)那科等市場占有率較高及具有一定典型技術代表機的工業(yè)器人作為典型案例進行教學使用。而在理論教學過程中應選擇使用Robort Studio、PQArt等知名的工業(yè)機器人企業(yè)開發(fā)的離線仿真軟件進行演示教學，讓學生在電腦上先模擬工業(yè)機器人的操作，了解操作規(guī)范，熟悉操作流程。當完成一定教學課時數(shù)后，學生已初步掌握一定的工業(yè)機器人操作要領后，再讓學生到實訓室中操作真實的工業(yè)機器人設備。對于教師而言，學生在實際操作過程中所要注意的一系列規(guī)范要求，可以在模擬仿真教學中結合真實的操作要求展開，并針對性地進行講解。通過采用理實一體化的教學方式，可以解決因設備數(shù)量不足的原因而無法滿足學生對技能學習的需求，同時在一定程度上避免學生因初次使用設備，對設備不熟悉而造成機器的不必要損壞。

五、“工業(yè)機器人操作與編程”課程實施理實一體化教學法的意義

“工業(yè)機器人操作與編程”是一門實用性與操作性都很強的課程，同時該課程是工業(yè)機器人本體裝配調(diào)試、編程操作及報警故障診斷、設備維護等后續(xù)專業(yè)課程的前置基礎課，該課程也是工業(yè)機器人系統(tǒng)集成競賽、工業(yè)機器人技術應用競賽等的前置基礎培訓課程。通過該門課程的學習，學生能夠掌握工業(yè)機器人仿真軟件的使用、工業(yè)機器人在線示教、離線示教操作等技能，并掌握離線編程技術應用、工業(yè)機器人系統(tǒng)集成、工業(yè)機器人I/O信號配置、坐標系設置與選擇應用，以及常見報警代碼的故障診斷等能力。

六、“工業(yè)機器人操作與編程”課程課題的選擇

本次教學的課題選擇汽車門板涂膠軌跡編程作業(yè)為案例進行教學。工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中占據(jù)著重要地位，尤其是汽車行業(yè)的快速發(fā)展，工業(yè)機器人能夠自主動作，廣泛應用到不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)，方便快捷地進行生產(chǎn)。涂膠作業(yè)作為汽車生產(chǎn)中重要的環(huán)節(jié)，涂膠的質(zhì)量直接影響整車生產(chǎn)的質(zhì)量，因此選擇工業(yè)機器人來完成此項作業(yè)，不僅保證了產(chǎn)品質(zhì)量，還提高了生產(chǎn)效率。因此，教師選擇這一課題進行教學，通過將實際生產(chǎn)與教學的相結合，能夠讓學生的學習更加貼近實際，培養(yǎng)的人才更符合實際生產(chǎn)的需要。

七、“工業(yè)機器人操作與編程”課程理實一體化教學法實施的方法

以工業(yè)機器人仿真軟件的使用為例進行分析，課程教學中使用Robort Studio離線仿真軟件并選擇軟件模型庫中的ABB 4600型工業(yè)機器人，與實操訓練的機器人機型保持一致。根據(jù)課程安排，涂膠軌跡編程作業(yè)教學實施過程中，可以分為兩大部分進行。一是仿真教學，具體包括：工業(yè)機器人作業(yè)場景建立、工業(yè)機器人控制住系統(tǒng)創(chuàng)建、工業(yè)機器人軌跡程序離線示教編寫。二是實操教學，具體包括：工業(yè)機器人本體與控制柜、涂膠工具的連接、工業(yè)機器人電氣控制系統(tǒng)上下電操作規(guī)范、工業(yè)機器人零點、涂膠工具校準、涂膠軌跡程序在線示教編寫、離線程序導入工業(yè)機器人操作。具體的教學實施流程如下。

1.使用Robort Studio軟件導入ABB 4600型工業(yè)機器人、工業(yè)機器人控制柜、工具、工件等，并根據(jù)實操場地的布局，完成仿真實訓場景的布局。

2.根據(jù)作業(yè)要求，在仿真軟件中對工業(yè)機器人系統(tǒng)進行配置、作業(yè)工具進行安裝等。其中在工業(yè)機器人系統(tǒng)配置時，主要配置內(nèi)容有：工業(yè)機器人操作系統(tǒng)語言設置、工業(yè)機器人通訊類型配置等一系列基礎設置，并生成控制系統(tǒng)。在作業(yè)工具選擇方面，應按實際生產(chǎn)中所用到的工具進行配置，如仿真軟件中自帶的工具無法滿足需求的，則應根據(jù)實際中使用工具的進行建模，以保證仿真最大限度地貼近實操作業(yè)。

3.涂膠軌跡離線編程，根據(jù)作業(yè)要求在仿真軟件中使用離線編程技術，創(chuàng)建車門外框涂膠的軌跡路徑點，同時對所創(chuàng)建的軌跡點進行工業(yè)機器人姿態(tài)調(diào)整，避免工業(yè)機器人的關節(jié)出現(xiàn)奇點報警。

4.仿真設定，根據(jù)作業(yè)要求設置仿真條件，驗證離線編程所創(chuàng)建的軌跡是否能夠符合要求。

5.完成仿真驗證后，將離線編程的路徑軌跡數(shù)據(jù)同步生成RAPID程序，通過仿真軟件中并模擬示教器進行查看并驗證。

至此，仿真教學內(nèi)容已完成，通過模擬仿真訓練，讓學生在接觸真實的工業(yè)機器人之前，能夠對機器人的操作有一個感性的認識，并了解工業(yè)機器人軌跡編程的操作要點及操作規(guī)范，為后續(xù)在實操課程中操作真實的工業(yè)機人打下良好的基礎。實操課程的教學則將仿真教學中的成果在真實的機器上進行驗證，具體實施過程，此處不做具體論述。

八、課程拓展

生產(chǎn)企業(yè)對于工業(yè)機器人人才的需求是多樣的復合型的，不僅需要會操作機器人的人，還需要操作者具有一定故障判別與簡單的檢修的綜合能力，因此工業(yè)機器人操作與編程這門課程在教學設計時，可以考慮在工業(yè)機器人基本操作與編程教學中，增加一部分故障檢修的教學內(nèi)容作為教學的拓展。該部分教學內(nèi)容對于學生的動手能力與知識綜合應用能力有著較好的提升作用。教師可以根據(jù)學生對知識掌握的實際情況，在教學過程中側重于工業(yè)機器人故障的判別與排除方面。教師可以結合學生在實操訓練時工業(yè)機器人所出現(xiàn)頻次較多的故障作為實例進行拓展教學，教授學生檢查與排除的方法。通過這樣的方法加深所學知識的印象，增強學生解決實際問題的能力。通過采用學中做、做中學的教學方式，使學生能夠更好地理解知識，并將所學知識運用到實際中。

九、制定考核辦法

工業(yè)機器人操作與編程是實踐性很強的一門課，在教學過程中，不僅要相應地增加實操課程的課時數(shù)比例[4]。同時課程的考核方式上也要與其他課程有所區(qū)分，結合理實一體化教學法強調(diào)做中學、學中做的教學特點。該門課程的考核可采用應知考試與應會操作考核相結合的形式，在編排考試考核的內(nèi)容時，考查的范圍要有一定的廣度，不能僅局限于書本知識的選擇，要結合學生在實際操作過程中出現(xiàn)次數(shù)較多的問題與實際生產(chǎn)中經(jīng)常碰到的問題作為典型案例放在考核中，以增強學生分析問題、解決問題的能力。對于工業(yè)機器人操作與編程這門課程的成績分配，可以將應知考試的成績與應會考核的成績按應知占30%與應會占70%的比例進行分配。其中應會考核中，涉及仿真軟件使用與實機操作，這兩部分內(nèi)容的成績分配可以按仿真軟件離線編程操作占40%，實機在線示教操作占60%的比例進行分。教師在采用虛實結合、理實結合的考試方法增強學生的操作動手能力，完善學生的知識結構，增強學生綜合應用能力，培養(yǎng)符合企業(yè)生產(chǎn)所需要的復合型技能人才。

結語

強調(diào)實踐操作是“工業(yè)機器人操作與編程”這門課的特點，也是當下企業(yè)對復合型技能人才的要求。在工業(yè)機器人專業(yè)課程教學中采用理實一體化的教學方法，能夠切實彌補傳統(tǒng)教學存在的問題、弊端及不足，深化學生對理論知識的理解，強化實踐操作技能的應用，幫助學生更好地提升綜合應用能力。經(jīng)過對教學方法、內(nèi)容、課時、考試模式等諸多方面的改革，將教學過程中較為分散的知識串聯(lián)起來，以提高學生動手操作能力。對課程內(nèi)容進行模塊劃分，以適應社會對工業(yè)機器人專業(yè)人才的需求，為學生獲得更好的職業(yè)發(fā)展、專業(yè)成長奠定堅實的基礎。